package Rijndael;

import org.apache.log4j.Logger;

/**
 * Created by IntelliJ IDEA.
 * User: dima
 * Date: 01.10.2010
 * Time: 20:31:26
 * реализация декодирования AES
 */
public class Decoder extends Encoder {
    private static final Logger log = Logger.getLogger(Decoder.class);
    public static final int[][] invSBox = new int[][]
            {{0x52, 0x09, 0x6a, 0xd5, 0x30, 0x36, 0xa5, 0x38, 0xbf, 0x40, 0xa3, 0x9e, 0x81, 0xf3, 0xd7, 0xfb},
                    {0x7c, 0xe3, 0x39, 0x82, 0x9b, 0x2f, 0xff, 0x87, 0x34, 0x8e, 0x43, 0x44, 0xc4, 0xde, 0xe9, 0xcb},
                    {0x54, 0x7b, 0x94, 0x32, 0xa6, 0xc2, 0x23, 0x3d, 0xee, 0x4c, 0x95, 0x0b, 0x42, 0xfa, 0xc3, 0x4e},
                    {0x08, 0x2e, 0xa1, 0x66, 0x28, 0xd9, 0x24, 0xb2, 0x76, 0x5b, 0xa2, 0x49, 0x6d, 0x8b, 0xd1, 0x25},
                    {0x72, 0xf8, 0xf6, 0x64, 0x86, 0x68, 0x98, 0x16, 0xd4, 0xa4, 0x5c, 0xcc, 0x5d, 0x65, 0xb6, 0x92},
                    {0x6c, 0x70, 0x48, 0x50, 0xfd, 0xed, 0xb9, 0xda, 0x5e, 0x15, 0x46, 0x57, 0xa7, 0x8d, 0x9d, 0x84},
                    {0x90, 0xd8, 0xab, 0x00, 0x8c, 0xbc, 0xd3, 0x0a, 0xf7, 0xe4, 0x58, 0x05, 0xb8, 0xb3, 0x45, 0x06},
                    {0xd0, 0x2c, 0x1e, 0x8f, 0xca, 0x3f, 0x0f, 0x02, 0xc1, 0xaf, 0xbd, 0x03, 0x01, 0x13, 0x8a, 0x6b},
                    {0x3a, 0x91, 0x11, 0x41, 0x4f, 0x67, 0xdc, 0xea, 0x97, 0xf2, 0xcf, 0xce, 0xf0, 0xb4, 0xe6, 0x73},
                    {0x96, 0xac, 0x74, 0x22, 0xe7, 0xad, 0x35, 0x85, 0xe2, 0xf9, 0x37, 0xe8, 0x1c, 0x75, 0xdf, 0x6e},
                    {0x47, 0xf1, 0x1a, 0x71, 0x1d, 0x29, 0xc5, 0x89, 0x6f, 0xb7, 0x62, 0x0e, 0xaa, 0x18, 0xbe, 0x1b},
                    {0xfc, 0x56, 0x3e, 0x4b, 0xc6, 0xd2, 0x79, 0x20, 0x9a, 0xdb, 0xc0, 0xfe, 0x78, 0xcd, 0x5a, 0xf4},
                    {0x1f, 0xdd, 0xa8, 0x33, 0x88, 0x07, 0xc7, 0x31, 0xb1, 0x12, 0x10, 0x59, 0x27, 0x80, 0xec, 0x5f},
                    {0x60, 0x51, 0x7f, 0xa9, 0x19, 0xb5, 0x4a, 0x0d, 0x2d, 0xe5, 0x7a, 0x9f, 0x93, 0xc9, 0x9c, 0xef},
                    {0xa0, 0xe0, 0x3b, 0x4d, 0xae, 0x2a, 0xf5, 0xb0, 0xc8, 0xeb, 0xbb, 0x3c, 0x83, 0x53, 0x99, 0x61},
                    {0x17, 0x2b, 0x04, 0x7e, 0xba, 0x77, 0xd6, 0x26, 0xe1, 0x69, 0x14, 0x63, 0x55, 0x21, 0x0c, 0x7d}};

    /**
     * адаптер для функции декодирования, позволяющий принимать на вход строки
     *
     * @param cipherStr шифротекст (32 символа)
     * @param keyStr    ключ длиной 32 символа
     * @return строка исходного текста длиной 32 символа
     */
    public static String decode(String cipherStr, String keyStr) {
        int[][] cipher = new int[SIZE][SIZE];
        int[][] key = new int[SIZE][SIZE];
        int strPos = 0;
//        заполнение происходит по строкам
        for (int i = 0; i < SIZE; i++) {
            for (int j = 0; j < SIZE; j++) {
//                преобразуем два подряд идущих символа в байт
//                для шифротекста
                String twoChars = cipherStr.substring(strPos, strPos + 2);
                cipher[j][i] = Integer.parseInt(twoChars, 16);
//                для ключа
                twoChars = keyStr.substring(strPos, strPos + 2);
                key[i][j] = Integer.parseInt(twoChars, 16);
                strPos += 2;
            }
        }
        int[][] text = decode(cipher, key);
//        обратное преобразование таблицы чисел в строку
        return blockToString(text, false);
    }

    /**
     * функция декодирования AES
     *
     * @param cipher шифротекст в виде таблицы чисел 4х4
     * @param key    ключ в том же виде что и шифротекст
     * @return исходный текст 4х4
     */
    public static int[][] decode(int[][] cipher, int[][] key) {
        int state[][] = cipher.clone();
        int[][][] expandedKey = expandedKeyGen(key);
        log.info("cipher text = ");
        blockToString(cipher, true);
        log.info("key = ");
        blockToString(key, true);

        state = addRoundKey(state, expandedKey[9]);
        log.info("after addRoundKey:");
        blockToString(state, true);

        for (int i = 8; i >= 0; i--) {
            log.info("round #" + (i + 1) + ":");

            state = invShiftRows(state);
            log.info("after invShiftRows:");
            blockToString(state, true);

            state = invSubBytes(state);
            log.info("after invSubBytes:");
            blockToString(state, true);

            log.info("round #" + (i + 1) + " key = ");
            blockToString(expandedKey[i],true);
            state = addRoundKey(state, expandedKey[i]);
            log.info("after addRoundKey:");
            blockToString(state, true);

            state = invMixColumns(state);
            log.info("after invMixColumns:");
            blockToString(state, true);

        }
        
        log.info("last transform:");
        state = invShiftRows(state);
        log.info("after invShiftRows:");
        blockToString(state, true);

        state = invSubBytes(state);
        log.info("after invSubBytes:");
        blockToString(state, true);

        state = addRoundKey(state, key);
        log.info("after addRoundKey:");
        blockToString(state, true);

        return state;
    }

    /**
     * генерирование набора ключей для раундов
     *
     * @param key первичный ключ
     * @return сгенерированный расширенный ключ
     */
    private static int[][][] expandedKeyGen(int[][] key) {
        int[][][] w = new int[10][SIZE][SIZE];
        w[0] =keyExpansion(key, 0);
        for (int i = 1; i < 10; i++) {
            w[i] = keyExpansion(w[i-1], i);
        }
        return w;
    }

    /**
     * Циклический сдвиг строки массива в зависимости от ее номера вправо
     * 0 строка на 0 вправо
     * 1 строка на 1 вправо
     * и т.д.
     *
     * @param state массив, в котором происходит сдвиг
     * @return измененный массив
     */
    private static int[][] invShiftRows(int[][] state) {
        int[][] result = new int[SIZE][SIZE];
        for (int i = 0; i < SIZE; i++) {
            for (int j = 0; j < SIZE; j++) {
                result[i][j] = state[i][(-i + j + SIZE) % SIZE];
            }
        }
        return result;
    }


    /**
     * Производит замену элементов в state по таблице invSBox
     *
     * @param state ___
     * @return ___
     */
    private static int[][] invSubBytes(int[][] state) {
        int[][] result = new int[SIZE][SIZE];
        for (int i = 0; i < SIZE; i++) {
            for (int j = 0; j < SIZE; j++) {
                int row = getMajorTetrad(state[i][j]);
                int col = getMinorTetrad(state[i][j]);
                result[i][j] = invSBox[row][col];
            }
        }
        return result;
    }

    /**
     * умножение по столбцам на фиксированную матрицу
     *
     * @param state массив, который умножаем
     * @return ___
     */
    private static int[][] invMixColumns(int[][] state) {
        int[][] result = new int[SIZE][SIZE];
        for (int j = 0; j < SIZE; j++) {
            result[0][j] = gmul(state[0][j], 0x0e) ^ gmul(state[1][j], 0x0b) ^ gmul(state[2][j], 0x0d) ^ gmul(state[3][j], 0x09);
            result[1][j] = gmul(state[0][j], 0x09) ^ gmul(state[1][j], 0x0e) ^ gmul(state[2][j], 0x0b) ^ gmul(state[3][j], 0x0d);
            result[2][j] = gmul(state[0][j], 0x0d) ^ gmul(state[1][j], 0x09) ^ gmul(state[2][j], 0x0e) ^ gmul(state[3][j], 0x0b);
            result[3][j] = gmul(state[0][j], 0x0b) ^ gmul(state[1][j], 0x0d) ^ gmul(state[2][j], 0x09) ^ gmul(state[3][j], 0x0e);
        }
        return result;
    }


}
